Summary

En ny tilnærming til overvåking pode Neovascularization i den menneskelige Gingiva

Published: January 12, 2019
doi:

Summary

Denne studien introduserer en protokoll for å måle mikrosirkulasjonen i menneskelig oral mucosa av laser speckle kontrast tenkelig. Overvåking av sårtilheling etter vestibuloplasty kombinert med en xenogenic kollagen pode er presentert på et klinisk tilfelle.

Abstract

Laser speckle kontrast imaging (LSCI) er en ny metode for å måle overfladisk blodperfusjon over store områder. Siden det er ikke-invasiv og unngår direkte kontakt med målte området, er det egnet for overvåking blod tekstflyten endres under sårheling i menneskelige pasienter. Vestibuloplasty er periodontal kirurgi til muntlig vestibylen, satsing å gjenopprette vestibular dybden med samtidige utvidelse av keratinized gingiva. I denne spesielle klinisk tilfelle, en delt tykkelse klaff ble opphøyet på den første øvre premolar og en xenogenic kollagen matrise ble tilpasset resulterende mottaker sengen. LSCI ble brukt til å overvåke re- og neovascularization av graftet og omkringliggende mucosa i ett år. En protokoll er innført for riktig justering av mikrosirkulasjonen måling i oral mucosa, problemer og mulige feil.

Den klinisk studien presentert viste at, etter den riktige protokollen-LSCI er en passende og pålitelig metode for å følge opp mikrosirkulasjonen i en healing sår i menneskelig oral mucosa og gir nyttig informasjon om pode integrering.

Introduction

Overvåking langsiktige endringer av menneskelig gingival mikrosirkulasjonen i klinisk situasjon er et hett tema i muntlig og periodontal kirurgi. Pålitelig vurdering av perfusjon kan imidlertid være vanskelig. Det er bare noen metoder som ikke måler invasively endringer i blodsirkulasjonen menneskelige mucosa. To av disse benytter en laser stråle1,2,3,4, men på en annen måte. Laser doppler flowmetry (LDF) gjør bruk av Doppler skift i en laser stråle5,6, mens laser speckle kontrasten imaging (LSCI) metoden avhenger speckle mønster av backscattered laserlys å måle hastigheten av rødt blod celler7.

LDF måler bare i ett punkt, og reproduserbar standardisering av sensorene posisjon er en ønskelig, men vanskelig oppgave. Et annet problem er at sonden av LDF liten diameter (1 mm2). Måle på forhåndsbestemte steder før operasjonen er for spesifikke, og kan være blind for postoperativ sirkulasjons endringer, mens ødem, vev eller fjerning av vev bevegelse implantert graftet forårsake betydelige endringer i postoperativ geometrien i de berørte bløtvev. LDF måling avstanden er mindre enn 1 mm som forbyr bruk av en tannlege skinne med forhåndsbestemte hull for sonden dersom volumetriske av vev. LSCI krever ikke noen spesielle verktøy for lokalisering og kan måle i områder av flere cm2. Som et resultat, kan sårheling følges gjennom kirurgiske området. I tillegg kan LSCI vise blodperfusjon i fargekodede bilder til en brøkdel av et sekund, med en oppløsning på opptil 20 μm.

LSCI enheten presentert i denne artikkelen brukes hovedsakelig for Forsøksdyrutvalget programmer der høy oppløsning i lite målenheten områder er ønsket. Men siden strukturen og histology menneskelige oral mucosa er forskjellige fra område til område (tilknyttede gingiva, marginale gingiva, vestibular mucosa), er blodsirkulasjonen også heterogene8. Derfor har høyoppløselig LSCI en stor fordel over normal oppløsning LSCI som vanligvis brukes i human testing.

LSCI apparatet benytter en usynlig laser (bølgelengde 785 nm). Strålen er skilt for å belyse måling området, skape et speckle mønster. En CCD kamera bilder speckle mønsteret i området opplyst. CCD kameraet brukes i dette systemet har en aktiv bildeområdet 1386 x 1034 piksler og oppløsningen er mellom 20 – 60 µm/bildepunkt avhengig av området måling og på innstillingen for programvaren (lav, middels, høy). Det kan ta bilder med en hastighet på 16 rammer per sekund, eller enda mer, opptil 100 bilder per sekund, hvis bildestørrelse reduseres. Blodperfusjon beregnes ved innebygde programvaren. Den analyserer variasjoner i speckle mønsteret kvantifiserer kontrasten. Den resulterende er fargekodet for å oppnå en perfusjonsmåling. Ifølge våre tidligere resultater vurderer LSCI blodperfusjon av gingiva med god repeterbarhet og reproduserbarhet9. Dette innebærer at det er et pålitelig verktøy for å overvåke endringer i mikrosirkulasjonen oral mucosa ikke bare kortsiktige eksperimenter, men også under langsiktige studier spore sykdomsprogresjon eller sår helbredelse10.

I dette papiret presentere vi et klinisk tilfelle rapporten å demonstrere at den høy romlig oppløsningen på LSCI gjør det mulig å avsløre neovascularization mønster av en xenogenic kollagen pode. Videre, dette tilfellet indikerer at LSCI, på grunn av høy pålitelighet, følsomt finner individuell variasjon. Dette er viktig som betydelig lokale anatomisk variasjon og en annen systemisk bakgrunn mellom tilfeller gjør det vanskelig å standardisere den kirurgiske inngripen i kliniske forsøk periodontal kirurgi.

Protocol

Metoden rapporterte var ansatt i en klinisk studie som var gitt etiske godkjenning fra det ungarske helse registrering og Training Center (godkjenningsnummer: 034310/2014/OTIG). 1. LSCI installasjon Slå på datamaskinen og enheter. Slå på LSCI apparatet skal brukes med bryteren på baksiden. For at maskinen skal varm opp i minst 5 minutter. Apparatet er klar for måling når både LED på bakpanelet har sluttet å blinke. Start programmet ved å dobbe…

Representative Results

Vestibuloplasty er periodontal kirurgi til muntlig vestibylen, satsing å øke vestibular dybde, sonen keratinized gingiva og bløtvev tykkelse for forbedret estetikk og funksjon. Apically flyttet delt tykkelse klaffen kombinert med en kollagen matrise er en brukte vestibuloplasty prosedyre. Xenogenic kollagen matrix er et levedyktig alternativ til gjestfrihet gingival pode for å øke mengden av keratinized gingiva11,12,</su…

Discussion

Målet med denne studien var å introdusere en ny teknikk for å overvåke neovascularization av en graft i den menneskelige gingiva. Ifølge våre tidligere resultater vurderer LSCI blodperfusjon av gingiva med god repeterbarhet og reproduserbarhet9, når strenge implementering av hvert trinn av planlagte protokollen som en betenkelig behov oppfylles. LSCI regnes som en semi kvantitative teknikk som krever kalibrering regelmessig for å sikre nøyaktighet og stabilitet. Under bekreftelse, må rom…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble utført delvis fra støtte av ungarske vitenskapelig forskning fondet under Grant tall K112364, av ungarsk menneskelige kapasiteter, høyere utdanning Excellence-programmet til Semmelweis University, terapi forskning modul og den Nasjonal forskning, utvikling og innovasjon Office KFI_16-1-2017-0409.

Materials

PeriCam PSI-HR Perimed AB, Stockholm, Sweden The PeriCam PSI System is an imaging system based on LASCA technology (LAser Speckle Contrast Analysis). The system measures superficial blood perfusion over large areas at fast capture rates. This makes it ideal for investigations of both the spatial and temporal dynamics of microcirculation in almost any tissue.
PIMSoft Perimed AB, Stockholm, Sweden PIMSoft is a data acquisition and analysis software, intended for use together with the PeriCam PSI System and the PeriScan PIM 3 System, for measurement and imaging of superficial blood perfusion.
Geistlich Mucograft Geistlich, Switzerland It's a unique 3D collagne matrix designed specifically for soft tissue regeneration. It's indicated for the gain of keratinized tissue and recession coverage.
Omron M4 Omron Healthcare Inc., Kyoto, Japan Blood pressure monitor, which gives accurate readings.
Nikon D5200 Nikon Corportation, Tokyo, Japan Taking intra oral photos
MS Excel Microsoft Corporation, Redmond, Washington, USA The software used for data management
IBM SPSS Statistics 25 IBM Corp., Armonk, NY, USA The software used for statistical analysis

References

  1. Nakamoto, T., et al. Two-Dimensional Real-Time Blood Flow and Temperature of Soft Tissue Around Maxillary Anterior Implants. Implant Dentistry. 21 (6), 522-527 (2012).
  2. Kajiwara, N., et al. Soft tissue biological response to zirconia and metal implant abutments compared with natural tooth: microcirculation monitoring as a novel bioindicator. Implant Dentistry. 24 (1), 37-41 (2015).
  3. Kemppainen, P., Forster, C., Handwerker, H. O. The importance of stimulus site and intensity in differences of pain-induced vascular reflexes in human orofacial regions. Pain. 91 (3), 331-338 (2001).
  4. Kemppainen, P., Avellan, N. L., Handwerker, H. O., Forster, C. Differences between tooth stimulation and capsaicin-induced neurogenic vasodilatation in human gingiva. Journal of Dental Research. 82 (4), 303-307 (2003).
  5. Riva, C., Ross, B., Benedek, G. B. Laser Doppler measurements of blood flow in capillary tubes and retinal arteries. Investigative ophthalmology. 11 (11), 936-944 (1972).
  6. Humeau, A., Steenbergen, W., Nilsson, H., Stromberg, T. Laser Doppler perfusion monitoring and imaging: novel approaches. Medical & Biological Engineering & Computing. 45 (5), 421-435 (2007).
  7. Briers, J. D., Webster, S. Laser speckle contrast analysis (LASCA): a nonscanning, full-field technique for monitoring capillary blood flow. Journal of Biomedical Optics. 1 (2), 174-179 (1996).
  8. Fazekas, R., et al. Functional characterization of collaterals in the human gingiva by laser speckle contrast imaging. Microcirculation. 25 (3), 12446 (2018).
  9. Molnar, E., Fazekas, R., Lohinai, Z., Toth, Z., Vag, J. Assessment of the test-retest reliability of human gingival blood flow measurements by Laser Speckle Contrast Imaging in a healthy cohort. Microcirculation. 25 (2), (2018).
  10. Molnar, E., et al. Evaluation of Laser Speckle Contrast Imaging for the Assessment of Oral Mucosal Blood Flow following Periodontal Plastic Surgery: An Exploratory Study. BioMed Research International. 2017, 4042902 (2017).
  11. Sanz, M., Lorenzo, R., Aranda, J. J., Martin, C., Orsini, M. Clinical evaluation of a new collagen matrix (Mucograft prototype) to enhance the width of keratinized tissue in patients with fixed prosthetic restorations: a randomized prospective clinical trial. Journal of Clinical Periodontology. 36 (10), 868-876 (2009).
  12. Nevins, M., Nevins, M. L., Kim, S. W., Schupbach, P., Kim, D. M. The use of mucograft collagen matrix to augment the zone of keratinized tissue around teeth: a pilot study. The International Journal of Periodontics and Restorative Dentistry. 31 (4), 367-373 (2011).
  13. Lorenzo, R., Garcia, V., Orsini, M., Martin, C., Sanz, M. Clinical efficacy of a xenogeneic collagen matrix in augmenting keratinized mucosa around implants: a randomized controlled prospective clinical trial. Clinical Oral Implants Research. 23 (3), 316-324 (2012).
  14. Perry, D. A., McDowell, J., Goodis, H. E. Gingival microcirculation response to tooth brushing measured by laser Doppler flowmetry. Journal of Periodontology. 68 (10), 990-995 (1997).
  15. Yamaguchi, K., Nanda, R. S., Kawata, T. Effect of orthodontic forces on blood flow in human gingiva. Angle Orthodontist. 61 (3), 193-203 (1991).
  16. Molnár, E., et al. Assessment of heat provocation tests on the human gingiva: the effect of periodontal disease and smoking. Acta Physiologica Hungarica. 102 (2), 176-188 (2015).
  17. Gleissner, C., Kempski, O., Peylo, S., Glatzel, J. H., Willershausen, B. Local gingival blood flow at healthy and inflamed sites measured by laser Doppler flowmetry. Journal of Periodontology. 77 (10), 1762-1771 (2006).
  18. Hinrichs, J. E., Jarzembinski, C., Hardie, N., Aeppli, D. Intrasulcular laser Doppler readings before and after root planing. Journal of Clinical Periodontology. 22 (11), 817-823 (1995).
  19. Svalestad, J., Hellem, S., Vaagbo, G., Irgens, A., Thorsen, E. Reproducibility of transcutaneous oximetry and laser Doppler flowmetry in facial skin and gingival tissue. Microvascular Research. 79 (1), 29-33 (2010).
  20. Sasano, T., Kuriwada, S., Sanjo, D. Arterial blood pressure regulation of pulpal blood flow as determined by laser Doppler. Journal of Dental Research. 68 (5), 791-795 (1989).
  21. Ikawa, M., Ikawa, K., Horiuchi, H. The effects of thermal and mechanical stimulation on blood flow in healthy and inflamed gingiva in man. Archives of Oral Biology. 43 (2), 127-132 (1998).
  22. Baab, D. A., Oberg, P. A., Holloway, G. A. Gingival blood flow measured with a laser Doppler flowmeter. Journal of Periodontal Research. 21 (1), 73-85 (1986).
  23. Fazekas, A., Csempesz, F., Csabai, Z., Vág, J. Effects of pre-soaked retraction cords on the microcirculation of the human gingival margin. Operative Dentistry. 27 (4), 343-348 (2002).
  24. Csillag, M., Nyiri, G., Vag, J., Fazekas, A. Dose-related effects of epinephrine on human gingival blood flow and crevicular fluid production used as a soaking solution for chemo-mechanical tissue retraction. Journal of Prosthetic Dentistry. 97 (1), 6-11 (2007).
  25. Tanaka, M., Hanioka, T., Kishimoto, M., Shizukuishi, S. Effect of mechanical toothbrush stimulation on gingival microcirculatory functions in inflamed gingiva of dogs. Journal of Clinical Periodontology. 25 (7), 561-565 (1998).
  26. Rothamel, D., et al. Biodegradation pattern and tissue integration of native and cross-linked porcine collagen soft tissue augmentation matrices – an experimental study in the rat. Head & Face Medicine. 10, 10 (2014).
  27. Schwarz, F., Rothamel, D., Herten, M., Sager, M., Becker, J. Angiogenesis pattern of native and cross-linked collagen membranes: an immunohistochemical study in the rat. Clinical Oral Implants Research. 17 (4), 403-409 (2006).
  28. Vergara, J. A., Quinones, C. R., Nasjleti, C. E., Caffesse, R. G. Vascular response to guided tissue regeneration procedures using nonresorbable and bioabsorbable membranes in dogs. Journal of Periodontology. 68 (3), 217-224 (1997).
  29. Oliver, R. C., Loe, H., Karring, T. Microscopic evaluation of the healing and revascularization of free gingival grafts. Journal of Periodontal Research. 3 (2), 84-95 (1968).
  30. Janson, W. A., Ruben, M. P., Kramer, G. M., Bloom, A. A., Turner, H. Development of the blood supply to split-thickness free ginival autografts. Journal of Periodontology. 40 (12), 707-716 (1969).
  31. Mormann, W., Bernimoulin, J. P., Schmid, M. O. Fluorescein angiography of free gingival autografts. Journal of Clinical Periodontology. 2 (4), 177-189 (1975).
  32. Busschop, J., de Boever, J., Schautteet, H. Revascularization of gingival autografts placed on different receptor beds. A fluoroangiographic study. Journal of Clinical Periodontology. 10 (3), 327-332 (1983).
  33. Fazekas, R., et al. A proposed method for assessing the appropriate timing of early implant placements: a case report. Journal of Oral Implantology. , (2018).
  34. Briers, J. D., Fercher, A. F. Retinal blood-flow visualization by means of laser speckle photography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 22 (2), 255-259 (1982).
  35. Srienc, A. I., Kurth-Nelson, Z. L., Newman, E. A. Imaging retinal blood flow with laser speckle flowmetry. Front Neuroenergetics. 2, (2010).
  36. Choi, B., Kang, N. M., Nelson, J. S. Laser speckle imaging for monitoring blood flow dynamics in the in vivo rodent dorsal skin fold model. Microvascular Research. 68 (2), 143-146 (2004).
  37. Ayata, C., et al. Laser speckle flowmetry for the study of cerebrovascular physiology in normal and ischemic mouse cortex. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 24 (7), 744-755 (2004).
  38. Armitage, G. A., Todd, K. G., Shuaib, A., Winship, I. R. Laser speckle contrast imaging of collateral blood flow during acute ischemic stroke. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 30 (8), 1432-1436 (2010).
  39. Lindahl, F., Tesselaar, E., Sjoberg, F. Assessing paediatric scald injuries using Laser Speckle Contrast Imaging. Burns. 39 (4), 662-666 (2013).
  40. Mirdell, R., Iredahl, F., Sjoberg, F., Farnebo, S., Tesselaar, E. Microvascular blood flow in scalds in children and its relation to duration of wound healing: A study using laser speckle contrast imaging. Burns. , (2016).
  41. Zotterman, J., Bergkvist, M., Iredahl, F., Tesselaar, E., Farnebo, S. Monitoring of partial and full venous outflow obstruction in a porcine flap model using laser speckle contrast imaging. Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery. 69 (7), 936-943 (2016).
  42. Hecht, N., Woitzik, J., Dreier, J. P., Vajkoczy, P. Intraoperative monitoring of cerebral blood flow by laser speckle contrast analysis. Neurosurgical Focus. 27 (4), E11 (2009).

Play Video

Cite This Article
Fazekas, R., Molnár, E., Mikecs, B., Lohinai, Z., Vág, J. A Novel Approach to Monitoring Graft Neovascularization in the Human Gingiva. J. Vis. Exp. (143), e58535, doi:10.3791/58535 (2019).

View Video